基于模糊數(shù)學(xué)的生產(chǎn)系統(tǒng)柔性綜合評(píng)價(jià)

房殿軍 王屾

摘 要：柔性是生產(chǎn)系統(tǒng)應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的市場(chǎng)需求的重要策略之一，對(duì)提高現(xiàn)代制造企業(yè)的穩(wěn)定性和適應(yīng)性至關(guān)重要。通過對(duì)現(xiàn)代制造企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)柔性的影響因素進(jìn)行分析，建立生產(chǎn)系統(tǒng)柔性的綜合評(píng)價(jià)模型。由于生產(chǎn)系統(tǒng)柔性評(píng)價(jià)指標(biāo)眾多，可以利用模糊熵權(quán)系數(shù)法，使評(píng)價(jià)過程更加客觀可信。

關(guān)鍵詞：生產(chǎn)系統(tǒng)；柔性；模糊熵權(quán)系數(shù)法

中圖分類號(hào)：F272 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）08-0063-03

1 柔性的概念與發(fā)展

21世紀(jì)已經(jīng)進(jìn)入信息時(shí)代，制造企業(yè)面臨的不穩(wěn)定因素日益增多，產(chǎn)品全生命周期因?yàn)榧夹g(shù)變革的日新月異逐漸縮短，市場(chǎng)需求逐漸向個(gè)性化、多樣化、定制化發(fā)展。自20世紀(jì)90年代，產(chǎn)品公司針對(duì)多樣的外部和內(nèi)部挑戰(zhàn)采取了具體的改變，其改變的程度和速度伴隨著全球化的商品和服務(wù)市場(chǎng)顯著增加。這種為了使自身產(chǎn)品符合內(nèi)外部環(huán)境要求，持續(xù)地調(diào)整或塑造環(huán)境的能力，即為柔性。

柔性由Browne于1984年提出，系統(tǒng)柔性可以分為多種，由于柔性的復(fù)雜性，導(dǎo)致柔性的量化評(píng)價(jià)成為了極其復(fù)雜的問題。目前國(guó)內(nèi)外研究人員在柔性評(píng)價(jià)展開了大量研究工作，但是關(guān)于量化評(píng)價(jià)柔性的問題仍然沒有達(dá)成統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。本文希望通過對(duì)相關(guān)企業(yè)的調(diào)查分析和借鑒以往評(píng)價(jià)研究中的一些科學(xué)方法，建立一套適合生產(chǎn)系統(tǒng)的柔性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系模型和方法。

2 生產(chǎn)系統(tǒng)柔性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

作為一種能力，柔性存在的程度和水平問題，往往需要特定的評(píng)價(jià)指標(biāo)來加以衡量。在建立生產(chǎn)系統(tǒng)柔性評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)一般應(yīng)遵循以下原則。

2.1 簡(jiǎn)潔、完備性原則

生產(chǎn)系統(tǒng)的柔性指標(biāo)體系應(yīng)當(dāng)全面反映出生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)作效率的能力，但指標(biāo)盡可能全面，各指標(biāo)之間不應(yīng)具有高度相關(guān)性。

2.2 客觀、可考核原則

指標(biāo)的設(shè)定應(yīng)盡量不受到主觀因素影響，數(shù)據(jù)來源必須真實(shí)可靠，以確保結(jié)果的可考核性和真實(shí)性。

2.3 可擴(kuò)充原則

根據(jù)企業(yè)不同時(shí)期的要求應(yīng)修改、增加和刪除柔性指標(biāo)體系，并可根據(jù)具體情況將指標(biāo)具體化。

因此，參考Slack關(guān)于柔性的三個(gè)維度論述，結(jié)合企業(yè)實(shí)際情況，將企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)柔性評(píng)價(jià)的一級(jí)指標(biāo)分為轉(zhuǎn)變范圍，轉(zhuǎn)變時(shí)間，轉(zhuǎn)變成本。

所謂轉(zhuǎn)變范圍是指生產(chǎn)系統(tǒng)所能表現(xiàn)的狀態(tài)或采取的行為，當(dāng)生產(chǎn)系統(tǒng)能夠呈現(xiàn)范圍更寬的狀態(tài)或行為時(shí)，則它具有更大的柔性。轉(zhuǎn)換時(shí)間指的是生產(chǎn)系統(tǒng)從一種狀態(tài)到另一種狀態(tài)的所需時(shí)間。轉(zhuǎn)變成本指的是生產(chǎn)系統(tǒng)從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)換另一種狀態(tài)需要的費(fèi)用。

對(duì)于評(píng)價(jià)體系二級(jí)指標(biāo)的構(gòu)建則是在參考相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，初步確立了柔性指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，在與相關(guān)專家深度訪談后篩選原始評(píng)價(jià)指標(biāo)，確立了最終的企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的柔性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，見表1。

3 企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)柔性評(píng)價(jià)

3.1 模糊熵權(quán)系數(shù)法

當(dāng)系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中大量評(píng)價(jià)指標(biāo)需要定量分析時(shí)，可先通過專家評(píng)分法對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分，得到各個(gè)指標(biāo)的重要程度評(píng)語矩陣。然后通過模糊評(píng)判法計(jì)算出評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度概率并形成隸屬度概率矩陣，在使用模糊熵權(quán)法計(jì)算出各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵權(quán)系數(shù)后，最終將專家判定的柔性指標(biāo)評(píng)價(jià)初始結(jié)果與計(jì)算得到熵權(quán)系數(shù)結(jié)合起來得到各個(gè)指標(biāo)的最終權(quán)重值。模糊熵權(quán)系數(shù)法將主觀評(píng)判和客觀計(jì)算相結(jié)合，大大增加了權(quán)重的可信度。

從圖1可以看出，當(dāng)轉(zhuǎn)變范圍，轉(zhuǎn)變時(shí)間，轉(zhuǎn)變成本分別為最大值1時(shí)，柔性的矢量?！鲞_(dá)到理論最大值■。

為了劃分生產(chǎn)系統(tǒng)的綜合柔性水平，這里定義系統(tǒng)綜合柔性值處于理論柔性最大值的85%～100%空間區(qū)域?yàn)橄到y(tǒng)柔性優(yōu)秀，見圖2綠色部分；系統(tǒng)綜合柔性值處于理論柔性最大值的70%～85%空間區(qū)域?yàn)橄到y(tǒng)柔性良好，見圖中黃色部分；系統(tǒng)綜合柔性值處于理論柔性最大值的50%～70%空間區(qū)域?yàn)橄到y(tǒng)柔性一般，見圖中棕色部分；系統(tǒng)綜合柔性值低于理論柔性最大值的50%，為該系統(tǒng)屬于欠柔性系統(tǒng)，見圖中黃色部分。

從圖2可以看出，不同的專家根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和特定環(huán)境對(duì)于生產(chǎn)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)有不同的結(jié)果，模糊熵權(quán)系數(shù)法對(duì)與企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)柔性的評(píng)價(jià)具有一定的靈活性和主觀性。即使對(duì)同一企業(yè)不同階段的生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，其評(píng)價(jià)結(jié)果也可能會(huì)不同。其次，科學(xué)和切合實(shí)際的建立生產(chǎn)系統(tǒng)柔性評(píng)價(jià)體系，對(duì)其評(píng)價(jià)結(jié)果是否準(zhǔn)確客觀有極大的影響。

4 算例分析

某企業(yè)現(xiàn)有如下生產(chǎn)系統(tǒng)方案，其生產(chǎn)線可以生產(chǎn)3種曲軸箱產(chǎn)品，共有生產(chǎn)設(shè)備29臺(tái)（包括臨時(shí)生產(chǎn)線），其中加工中心和數(shù)控機(jī)床共4臺(tái)，數(shù)控機(jī)床平均生產(chǎn)能力為6，普通機(jī)床平均生產(chǎn)能力為2，該生產(chǎn)線共有員工21人，掌握技能平均數(shù)為2.118。該條生產(chǎn)線的轉(zhuǎn)產(chǎn)時(shí)間為2 a，其研發(fā)效率可達(dá)到0.7，生產(chǎn)計(jì)劃完成率為0.78，該方案的研發(fā)費(fèi)用占總銷售額的25%。該車間日產(chǎn)量為204臺(tái)，其售價(jià)為85元/臺(tái)，每日銷售成本為17 340元。該企業(yè)研發(fā)人員共3人，非研發(fā)人員18人，研發(fā)人員的產(chǎn)能和非研發(fā)人員產(chǎn)能比平均為5？誜1，該生產(chǎn)線的成品一次校驗(yàn)合格率為0.782。根據(jù)表1公式可以得到相應(yīng)指標(biāo)評(píng)價(jià)值以及得分，見表4。

用■=■分別計(jì)算該方案柔性值，得到柔性值為0.942，該企業(yè)車間生產(chǎn)系統(tǒng)處于一般柔性狀態(tài)。從表格可以分析出，該生產(chǎn)系統(tǒng)仍存在改進(jìn)空間，主要體現(xiàn)在以下方面：

①該企業(yè)的轉(zhuǎn)變范圍得分為0.414。原因在于該先進(jìn)制造設(shè)備較少，并且大部分的機(jī)器設(shè)備比較陳舊，而且產(chǎn)品比較單一，使得作業(yè)空間的范圍受到了限制，增大了轉(zhuǎn)產(chǎn)成本，造成了生產(chǎn)制造系統(tǒng)的整體柔性水平偏低。企業(yè)中能夠?qū)庸ぶ行倪M(jìn)行編程的人員比較緊缺，這就導(dǎo)致了加工中心無法發(fā)揮其應(yīng)有的效果，從而導(dǎo)致了企業(yè)生產(chǎn)加工系統(tǒng)的柔性偏低。

②該企業(yè)的轉(zhuǎn)變時(shí)間得分為0.628，處于相對(duì)較高的水平。欠缺主要在于該企業(yè)設(shè)計(jì)新產(chǎn)品到進(jìn)行批量生產(chǎn)的環(huán)節(jié)中存在制約因素，表現(xiàn)在設(shè)計(jì)人員對(duì)于生產(chǎn)工藝缺乏研究，部分產(chǎn)品的工藝設(shè)計(jì)無法進(jìn)行，導(dǎo)致必須設(shè)計(jì)代替的新產(chǎn)品。雖然該生產(chǎn)車間的生產(chǎn)計(jì)劃完成率處于較高水平，但這通常是通過加班來保證生產(chǎn)計(jì)劃的完成，說明該生產(chǎn)車間的轉(zhuǎn)變能力依然不足。

③該企業(yè)的轉(zhuǎn)變成本得分為0.567，處于一般水平。原因在于研發(fā)費(fèi)用率和研發(fā)人員投入率比較低，表明在研發(fā)投入方面該企業(yè)存在一定的欠缺。這主要體現(xiàn)在：企業(yè)發(fā)展模式相對(duì)落后，其資源主要投入在已有產(chǎn)品的生產(chǎn)上；企業(yè)缺乏高級(jí)研發(fā)人員，已有的研發(fā)人員通常在原有產(chǎn)品設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上對(duì)某部分進(jìn)行改良。

5 結(jié) 語

本文從柔性的概念入手，認(rèn)為產(chǎn)品公司針對(duì)多樣的外部和內(nèi)部挑戰(zhàn)采取必須采取具體情況的調(diào)整。企業(yè)在設(shè)計(jì)自身的柔性過程中，必須考慮其時(shí)效性和經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)企業(yè)不應(yīng)當(dāng)僅僅認(rèn)為柔性只是一種被動(dòng)應(yīng)變的能力，更需要通過主動(dòng)學(xué)習(xí)，使其成為企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)策略。

本研究在三維度量模型的基礎(chǔ)上，通用模糊熵權(quán)系評(píng)價(jià)企業(yè)柔性，這能夠有效地為制造企業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)其柔性能力做出判斷。針對(duì)不同類型的制造企業(yè)，如何更好地提高生產(chǎn)加工過程的柔性因素，找出最佳柔性水平，提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，還需進(jìn)一步研究。

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